Vai trò của xi măng ít clinker, phụ gia hóa học trong việc nâng cao hiệu suất bê tông, giảm phát thải

Nhu cầu giảm phát thải khí nhà kính đang buộc ngành Xi măng toàn cầu phải thay đổi cách sản xuất và sử dụng nguyên liệu. Một hướng đi quan trọng là phát triển xi măng ít clinker bằng cách giảm tỷ lệ clinker - thành phần phát thải nhiều CO₂ nhất trong quá trình sản xuất xi măng bằng việc kết hợp vật liệu thay thế và phụ gia hóa học thế hệ mới. Giải pháp này vừa hỗ trợ tiến trình khử carbon, vừa đảm bảo chất lượng và tính năng của bê tông trong xây dựng hiện đại.

Đối mặt thách thức mới

Xi măng portland đã trở thành nền tảng của ngành Xây dựng hiện đại và chắc chắn vẫn sẽ giữ vị trí chủ đạo trong nhiều thập kỷ tới. Theo dự báo, đến năm 2050 sản lượng xi măng portland toàn cầu có thể đạt từ 4,7 - 5,1 tỷ tấn mỗi năm, tương đương khoảng 20 tỷ m³ bê tông. Với quy mô khổng lồ này, ngành Xây dựng đang là một trong những nguồn phát thải carbon lớn nhất.

Trong bối cảnh thế giới chuyển dịch sang các nền kinh tế giảm phát thải, trung hòa carbon, việc khử carbon trong ngành Xi măng không chỉ là một lựa chọn mà là yêu cầu bắt buộc. Lộ trình Net Zero Concrete đến năm 2050 của Hiệp hội Xi măng và Bê tông Toàn cầu (GCCA) đã nêu rõ các giải pháp cần triển khai, bao gồm nâng cao hiệu quả trong thiết kế và thi công, ứng dụng công nghệ thu giữ - sử dụng - lưu trữ CO₂ (CCUS), cùng các biện pháp cải tiến trong quá trình sản xuất xi măng.

Cụ thể hơn, trong chuỗi sản xuất xi măng, các công nghệ đang được nghiên cứu và áp dụng gồm: nâng cấp lò nung, tối ưu hóa hệ thống thu hồi nhiệt, thay thế nhiên liệu hóa thạch bằng năng lượng tái tạo, thu giữ CO₂ từ khí thải (thậm chí kết hợp đốt với oxy tinh khiết để tạo khí thải giàu CO₂ giúp dễ thu hồi hơn) và chuyển hóa CO₂ đã thu giữ thành sản phẩm xây dựng có giá trị như carbonate.

Xi măng pha trộn ít clinker

Trong lộ trình của GCCA, giảm hàm lượng clinker trong xi măng ít nhất 11% là một chỉ tiêu quan trọng. Đây là mục tiêu khả thi bởi ngành đã có sẵn nền tảng công nghệ và kinh nghiệm lâu năm trong việc bổ sung vật liệu khoáng thay thế. Các loại vật liệu phổ biến hiện nay gồm pozzolana tự nhiên, đất sét nung, bê tông tái chế và đá vôi. Hơn nữa, các tiêu chuẩn châu Âu mới (EN 197-5, EN 197-6) đã tạo hành lang pháp lý rõ ràng để khuyến khích xu hướng này, đồng thời mang lại lợi thế về chi phí khi so sánh với clinker truyền thống.

Tuy nhiên, việc giảm clinker cũng đi kèm không ít khó khăn. Các vật liệu thay thế thường có độ hút nước cao và khả năng phát triển cường độ ban đầu thấp, khiến việc ứng dụng trong sản xuất bê tông gặp nhiều trở ngại. Chính vì vậy, sự hỗ trợ của phụ gia hóa học thế hệ mới trở thành yếu tố bắt buộc. Các phụ gia này giúp xi măng ít clinker duy trì được tính công tác khi trộn, cải thiện sự phát triển cường độ trong giai đoạn dưỡng hộ ngắn, đồng thời nâng cao hiệu quả nghiền mịn và giảm tiêu hao năng lượng trong quá trình sản xuất.

Giải pháp phụ gia MA.P.E./C-C

Một ví dụ tiêu biểu cho xu hướng này là dòng sản phẩm MA.P.E./C-C. Đây là sự kết hợp cân bằng giữa các phụ gia siêu dẻo hóa gốc polyacrylate, phụ gia tăng cường hiệu suất và trợ nghiền. Nhờ sự phối hợp này, xi măng ít clinker có thể đạt hiệu suất tương tự, thậm chí trong nhiều trường hợp không thua kém loại xi măng có hàm lượng clinker cao.

Trong quá trình nghiền xi măng, MA.P.E./C-C hoạt động giống như các trợ nghiền và phụ gia truyền thống nhưng mang lại hiệu quả vượt trội. Bê tông sản xuất từ xi măng có sử dụng phụ gia này thể hiện tính công tác cao hơn, tỷ lệ nước/xi măng cần thiết thấp hơn, trong khi cường độ lại tăng nhờ sự đồng nhất tốt hơn và quá trình thủy hóa được đẩy mạnh. Kết quả là cấu trúc bê tông trở nên đặc chắc hơn, bền vững hơn.

Thực tế cho thấy, thị trường vẫn đòi hỏi xi măng có cường độ cao, ngay cả khi xu hướng giảm clinker được thúc đẩy mạnh mẽ. Thách thức lớn với nhà sản xuất là chuyển đổi từ các loại xi măng clinker cao như CEM I 52.5 R sang CEM II/B 42.5 R với mức giảm clinker từ 10 - 15%, nhưng vẫn duy trì cường độ tương đương. MA.P.E./C-C chính là chìa khóa để vượt qua thách thức này.

Xi măng đá vôi hàm lượng thay thế cao

Đá vôi là loại khoáng chất sẵn có, chi phí thấp và được sử dụng rộng rãi để thay thế clinker. Tuy nhiên, khi tỷ lệ đá vôi trong xi măng tăng lên, cường độ thường bị suy giảm. Với loại CEM II/B-L chứa 35% đá vôi, cường độ thông thường chỉ đạt cấp 32.5 R.

Nhờ bổ sung MA.P.E./C-C, loại xi măng này có thể đạt cường độ tương đương CEM II/A-L (20% đá vôi, cấp 42.5 R). Điều này có được nhờ sự cải thiện dòng chảy của vữa, giảm nhu cầu nước và thúc đẩy quá trình thủy hóa nhanh hơn. Đáng chú ý, ngay cả khi áp dụng trong thiết kế cấp phối bê tông, kết quả vẫn duy trì ổn định, với cùng độ sụt và cường độ cao hơn mà không cần tăng thêm lượng phụ gia bê tông.

Xi măng pozzolan hàm lượng clinker thấp

Pozzolana là loại vật liệu đã được sử dụng trong xây dựng từ hàng nghìn năm trước, điển hình là trong các công trình cổ đại kết hợp vôi và pozzolan. So với xỉ lò cao hay tro bay, pozzolan có lợi thế về chi phí, khả năng sẵn có và đặc tính thủy lực.

Điểm hạn chế lớn nhất của xi măng pozzolan là nhu cầu nước cao, khiến việc duy trì độ sụt ổn định trở nên khó khăn. Tuy nhiên, các thử nghiệm với phụ gia MA.P.E./C-C đã chứng minh khả năng cải thiện đáng kể, giúp giữ độ sụt lâu hơn và nâng cao cường độ. Ngay cả khi giảm lượng phụ gia trong hỗn hợp bê tông, bê tông sản xuất từ xi măng pozzolan vẫn đạt độ sụt chấp nhận được và phát triển cường độ tốt hơn so với khi sử dụng phụ gia truyền thống.

Xi măng đất sét nung hàm lượng clinker thấp

Đất sét nung là vật liệu mới nổi bật với đặc tính pozzolan mạnh. Tuy nhiên, điểm yếu của nó là nhu cầu nước rất cao, vốn không phù hợp cho các ứng dụng bê tông thông thường. Khi kết hợp với phụ gia MA.P.E./C-C, vấn đề này được giải quyết. Xi măng đất sét nung khi đó yêu cầu ít nước hơn, giúp giảm tỷ lệ nước/xi măng trong cấp phối bê tông. Nhờ vậy, cường độ phát triển rõ rệt và tạo thêm cơ hội để loại vật liệu này được ứng dụng rộng rãi hơn trong ngành.

Kết luận

Hơn 3 năm kể từ khi tiêu chuẩn EN 197-5 được ban hành, xi măng ít clinker đã được nhiều nhà sản xuất trên toàn cầu cân nhắc và áp dụng. Mục tiêu mà ngành hướng đến là đạt mức giảm clinker trung bình 11% trên toàn cầu, chủ yếu nhờ tăng cường sử dụng vật liệu thay thế.

Điều quan trọng là việc giảm clinker không được đánh đổi bằng chất lượng và tính năng. Các loại xi măng mới phải dễ dàng ứng dụng trong mọi thiết kế bê tông. Sự ra đời của thế hệ phụ gia hóa học mới như MA.P.E./C-C chính là yếu tố then chốt, giúp xi măng ít clinker đạt hiệu suất cao, phù hợp nhu cầu thị trường và đồng thời đưa ngành Xi măng tiến gần hơn đến mục tiêu giảm phát thải carbon, hướng tới phát triển bền vững.

dịch từ Worldcement